Linux网络：使用UDP实现网络通信（服务端&&客户端）

文章目录

• • • [1. UDP网络程序的服务端](#1. UDP网络程序的服务端)
    • • [1.1 如何在UDP中读取数据](#1.1 如何在UDP中读取数据)
      • [1.2 如何在UDP中发送数据](#1.2 如何在UDP中发送数据)
      • [1.3 谈谈IP地址和Port端口号](#1.3 谈谈IP地址和Port端口号)
    • [2. UDP网络程序的客户端](#2. UDP网络程序的客户端)
    • • [2.1 创建UDP套接字](#2.1 创建UDP套接字)
      • [2.2 绑定套接字](#2.2 绑定套接字)
      • [2.3 获取服务端信息](#2.3 获取服务端信息)
      • [2.4 读取和发送数据](#2.4 读取和发送数据)

• 序：在上以章中，我们对使用UDP实现网络通信的服务端部分实现了套接字的创建与绑定，深入了解了UDP是面向数据报的，以及了解到在绑定过程对网络接口统一抽象化的struct sockaddr结构体，深入了解了##的作用，而本篇文章将继续了解使用UDP实现网络通信的服务端和客户端细节，深入探寻服务端与客户端的接收和发送。

1. UDP网络程序的服务端

1.1 如何在UDP中读取数据

UDP特殊就特殊在没法使用read和write，这两个接口是面向字节流的，而UDP是面向数据报的，所以UDP要获取数据就要使用recvfrom函数接口
recvfrom函数接口：

需要包含下面两个库
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>

ssize_t recvfrom(int sockfd, void* buf, size_t len, int flags, struct sockaddr* src_addr, socklen_t* addrlen);

该函数的第一个参数表示从指定的套接字中获取数据
第二个参数表示读到的报文的时候所需要的缓冲区，第三个参数表示该缓冲区的长度，这样读到数据后，该数据就会被放在该缓冲区当中
第四个参数设为0，默认使用阻塞方式，当然该参数不止能设置为0，还能设置为其他数字，但在该片文章的讨论中，默认设置为0

问题一：收到一条消息，需不需要知道这条消息是谁发的？为什么要知道？

因为我们收到对应的信息的时候，基本上都需要返回消息给发送者
所以，要知道是谁给服务器发的信息就看看第五个和第六个参数，这两个参数是输出型参数，其中第六个参数是输入输出参数，表示该结构体对象的大小，也就是说，如果有人访问该服务器，那么此时是谁给服务器发的消息，发送端的套接字信息就会保存到第五个参数的指针中，所以，该内存空间是需要我们自己去定义的，因为这是一个输出型参数，但由于这个指针的类型是struct sockaddr，但是我们在进行udp网络通信时，用到的是struct sockaddr_in，所以我们要定义一个sockaddr_in的结构体，然后强转为sockaddr后再传进去，因为网络接口统一抽象化！！！
返回值RETURN_VALUE，如果成功了就会返回收到了多少个字节，失败的话，-1被返回，错误码被设置

class UdpServer{
public:
    void Run(func_t func)
    {
	    _is_running = true;
        char inbuffer[size];
        while(_is_running)
        {
            struct sockaddr_in client;
            socklen_t len=sizeof(client);
            ssize_t n = recvfrom(_sockfd, inbuffer,sizeof(inbuffer) - 1, 0, 
            (struct sockaddr*)&client, &len);
            if(n < 0)
            {
                log(Warning, "recvfrom error,errno: %d ,strerror: %s", errno, strerror(errno));
                continue;
            }
            inbuffer[n]=0;
        }
    }
    
private:
	int _sockfd; //网络文件描述符
	std::string _ip; //IP地址, 0.0.0.0 任意地址绑定
    uint16_t _port;  //表示服务器进程的端口号
    bool _is_running;//表示服务器是否在运行
};

1.2 如何在UDP中发送数据

由于UDP是面向数据报，无法使用read和write，所以UDP要发送数据就要使用sendto函数接口
sendto函数接口：

sendto函数的接口和recvfrom一模一样，只要搞懂了recvfrom就会用sendto，要注意的事，该函数的最后两个参数是输入型参数，由于在recvfrom的时候，我们就知道了是谁发数据给我们的

class UdpServer{
public:
    void Run(func_t func)
    {
	    _is_running = true;
        char inbuffer[size];
        while(_is_running)
        {
            //读数据
            //......
            inbuffer[n]=0;
            // std::cout<<n<<":"<<inbuffer<<std::endl;
            //充当一次数据处理
            std::string info = inbuffer;
            std::string echo_string = func(info); 
            // std::cout<<echo_string<<std::endl;
            sendto(_sockfd,echo_string.c_str(),echo_string.size(),0,(struct sockaddr*)&client, len);
        }
    }
    
private:
	int _sockfd; //网络文件描述符
	std::string _ip; //IP地址, 0.0.0.0 任意地址绑定
    uint16_t _port;  //表示服务器进程的端口号
    bool _is_running;//表示服务器是否在运行
};

至此我们已经实现了UDP网络通信的服务端的收和发的基本功能。

问题二：如何看我们的服务器成功跑起来了呢？

netstat -naup//使用该命令就能查看

其中n表示，能显示出数字的数据全部显示成数字，不带n的话，有些数据就会显示为字符串
其中p表示，将对应的pid进程信息页表示出来
其中a表示all，将所有相关的信息列出来
其中u表示udp信息
Proto表示用的协议是什么
Recv-Q表示收到的报文的个数
Send-Q表示发出的报文的个数
Local Address本地的地址（IP地址+端口号）
Foreign Address表示远端（只要有这个0.0.0.0或者 * 的就表示，当前主机能接受任何客户端给当前主机发的消息）
State表示状态

从上图我们看到，我们程序已经启动了

1.3 谈谈IP地址和Port端口号

关于IP地址：

公网IP绑定问题

当我们将自己的云服务器的公网IP传进去后，就会报错：

这段代码如果是虚拟机_运行，代码就是可以运行的，但是由于云服务器禁止直接bind公网IP，所以就会报错，一般写服务器的时候，_ 不会直接绑定IP地址，有可能一台主机上有两到三个网卡，有两到三个IP，如果绑定了某个IP，就无法获取到发送到另外两个IP的数据，所以一般bind（IP：0），直接绑定0，即凡是发给我这台主机的数据，我们都要根据端口号向上交付（好处：1. 好写2. 收到的数据是全的，完整的）

关于Port端口号：

当我们将端口号改为80时：

[0,1023]：系统内定的端口号，一般都要有固定的应用层协议使用，http：80，https：443，mysql：3306... ，一般选择绑定的端口是1024+的端口号
服务端的端口号一般是固定，但是客户端的端口号就是系统自由随机分配的，只要保证唯一性就行
127.0.0.1：本地环回地址，通常用来进行客户端，服务端的测试

2. UDP网络程序的客户端

2.1 创建UDP套接字

既然要实现网络通信，就必须先创建套接字

int main()
{
    int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
    if(sockfd < 0) 
    {
        log(Fatal, "create socket error,errno: %d ,strerror: %s", errno, strerror(errno));
        return 1;
    }
    log(Info,"create socket success, sockfd: %d",sockfd);
    return 0;
}

2.2 绑定套接字

client要bind吗？肯定是要的，但是不需要用户去显式的bind！！！一般由操作系统自由随机选择
一个端口号只能被一个进程bind，对server是如此，对client，也是如此！！！
其实client的port是多少，其实不重要，只要能保证主机上的唯一性就可以了
系统什么时候给我bind？首次发送数据的时候

2.3 获取服务端信息

想要获取服务端的信息，可以通过命令行参数来获取，规定好格式
将对应的数据填充进struct sockaddr_in server中

// ./udpclient serverip serverport
void Usage(const string &proc)
{
    cout<<"\n\rUsage:"<< proc<<" serverip serverport\n"<<endl;
    return ;
}

int main(int argc,char* argv[])
{
    if(argc != 3)
    {
        Usage(argv[0]);
        exit(0);
    }

    string serverip =argv[1];
    uint16_t serverport =stoi(argv[2]);
    
    struct sockaddr_in server;
    socklen_t len = sizeof(server);
    bzero(&server, sizeof(server));
    server.sin_family = AF_INET;
    server.sin_port = htons(serverport);
    server.sin_addr.s_addr = inet_addr(serverip.c_str());
    
    return 0;
}

2.4 读取和发送数据

发什么，给谁发？

int main(int argc,char* argv[])
{
    //......
     string message;
    char buffer[size];
    while(true)
    {
        cout<<"Please Enter# ";
        getline(cin,message);

        //1.数据 2.发给谁
        ssize_t s = sendto(sockfd,message.c_str(),message.size(),0,(struct sockaddr*)&server,len);
       
        struct sockaddr_in temp;
        //bzero(&server, sizeof(temp));
        socklen_t lenp = sizeof(temp);
        ssize_t n = recvfrom(sockfd,buffer,sizeof(buffer)-1,0,(struct sockaddr*)&temp,&lenp);

        if(n > 0)
        {
            buffer[n]=0;
            cout<<buffer<<endl;
        }    
    }
    close(sockfd);
    return 0;
}

总结：

本篇博客详细介绍了UDP网络编程的核心内容，包括服务端和客户端的实现。服务端重点讲解了如何使用recvfrom接收数据和sendto发送数据，以及如何处理客户端地址信息；客户端则介绍了套接字创建、隐式绑定、服务端信息配置及数据收发流程。此外，还探讨了IP与端口相关知识，如公网IP绑定限制、知名端口范围等。